Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Algenblüten in der Nordsee

04.05.2012
Nährstoffangebot nach Algenblüte bestimmt die Abfolge der Bakterienpopulation
Algenblüten, damit verbinden die meisten Menschen eine Beeinträchtigung sommerlicher Badefreuden. In der Küstenzone gemäßigter Breiten wie der deutschen Bucht ist eine Frühjahrsalgenblüte jedoch kein Anzeichen übermäßigen Nährstoffeintrags, sondern vor allem Folge der intensiveren Sonneneinstrahlung im Frühjahr.

Frühjahrsalgenblüten sind in diesen Gewässern also ganz natürlich. Wenn Algenblüten enden, sterben die Algen ab, und ihre Überreste bilden eine wichtige Nährstoffzufuhr für das gesamte Ökosystem. Dieser Prozess ist z.B. maßgeblich für den Fischreichtum vor Küsten. Was aber geschieht genau, wenn eine Algenblüte endet?

Die Algenblüte in der Deutschen Bucht breitet sich vor der ost- und westfriesischen Küste aus. NASA images courtesy Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team, Goddard Space Flight Center


Schema zum Verlauf der Algen-Bakterieninteraktion im Frühjahr 2009. Nur knapp zwei Monate dauert es, bis eine Algenblüte entsteht und durch die darauffolgende Bakterioplanktonblüte vollständig abgebaut wird. H. Teeling/R. Dunker, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie

Eine überraschende und sehr detaillierte Antwort liefern jetzt Hanno Teeling und Bernhard Fuchs mit ihren Kollegen vom Max-Planck-Institut in Bremen sowie der Universität Greifswald, der Jacobs University und dem Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung.

Sie haben eine Frühjahrsblüte in der Nordsee genau untersucht, und konnten identifizieren, welche Mikroorganismen beim Abbau der Algenüberreste eine Rolle spielen. Dabei haben sie entdeckt, dass einige Abbauprozesse vermutlich anders ablaufen als bisher angenommen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt im Wissenschaftsmagazin Science.

Für ihre Analysen filtrierten die Wissenschaftler über fast ein Jahr regelmäßig mehrere hundert Liter Wasser von der Station „Kabeltonne“, einer Langzeitstation der Biologischen Anstalt Helgoland, die zum Alfred-Wegener-Insitut gehört. Hanno Teeling vom Max-Planck-Institut sagt: „Freilebende Kleinstlebewesen, das sogenannte Bakterioplankton, sind entscheidend beim Abbau der abgestorbenen Algenbiomasse. Uns fiel besonders eine dynamische Folge in der Bakterioplankton-Population auf. Spezialisierten Bakterienpopulationen begleiten verschiedene Phasen der Algenblüte“. Wie die Forscher jetzt zeigen konnten, steuern Prozesse innerhalb der Bakterienpopulation den Abbau der Algen.

Sein Kollege Bernhard Fuchs, der am Max-Planck-Institut seit vielen Jahren die Diversität und die Zusammensetzung von Bakterioplankton erforscht, ergänzt: „Zum ersten Mal haben wir eine zeitlich hochauflösende Analyse der mikrobiellen Gemeinschaft auf Gattungsebene durchgeführt. Nicht nur die Bakteriengruppen, sondern auch deren Werkzeuge, die Enzyme, die am Abbau der Algenblüte beteiligt sind, konnten wir jetzt identifizieren“. Neu war auch die Kombination der Technologien, die die Forscher für ihre Analysen angewandt haben. Die Identität der Mikroorganismen haben sie mit CARD-FISH, einer in situ-Technologie, die direkt auf Umweltproben angewandt werden kann, festgestellt. Zusätzlich haben sie während und nach der Algenblüte die Zusammensetzung der Bakterienpopulation untersucht, indem sie kurze Abschnitte eines stammesgeschichtlichen Markergens verglichen (16S rRNA-Pyrotag-Analysen).

„Durch eine Kombination von Metagenom- und Metaproteom-Analysen gelang es uns, aktive Schlüsselenzyme in den komplexen Umweltproben nachzuweisen. Damit können wir Rückschlüsse von der metabolischen Funktion auf die Aufgabe der einzelnen Bakteriengruppen ziehen“, erklärt Thomas Schweder von der Universität Greifswald. "Dies war nur über eine Integration aller Daten möglich. Das haben wir mit bioinformatischen Methoden gelöst", so Frank Oliver Glöckner vom Max-Planck-Institut und von der Jacobs University. In der frühen Phase der Algenblüte fanden die Wissenschaftler vermehrt Enzyme zum Abbau komplexer Algen-Kohlenhydrate wie Laminarin. Später dominierten Transportproteine für Peptide, also kurze Proteinstücke, sowie Transporter für den wachstumsbegrenzenden Nährstoff Phosphat.

Auffällig war der hohe Anteil bestimmter Transportproteine, der sogenannten TonB-abhängigen Transporter, die größere Moleküle direkt ins Zellinnere transportieren können. Diese Entdeckung könnte die herkömmliche Annahme widerlegen, dass längerkettige Moleküle vor der Aufnahme in die Zelle in Einzelbausteine zerlegt werden müssen. Die TonB-Transporter erlauben so möglicherweise den Flavobakterien, eine der dominierenden Bakteriengruppen, die Aufnahme und den Abbau von längeren Kohlenhydratketten zu koppeln und dadurch einen Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Bakteriengruppen zu erlangen.

Am Ende der Blüte bildeten die Bakterien Sulfatasen, die Sulfatester aus schwer abbaubaren Algen-Kohlehydraten abspalten und so ihren kompletten Abbau ermöglichen. Die Wissenschaftler fanden in der Algenblüte also eine Bakterienpopulation vor, die sich nicht nur in der Zusammensetzung, sondern auch in der Funktion vollständig von der Bakteriengemeinschaft kristallklarer küstenferner Gewässer unterscheidet.

Die Ergebnisse der Studie weisen den Forschern den Weg, das sogenannte Plankton-Paradox zu erklären: Wie können so viele Plankton-Arten in einem scheinbar homogenen Umfeld leben, ohne dass diese so stark miteinander in Konkurrenz um die Nährstoffe treten, dass bestimmte Arten verdrängt werden? Rudolf Amann, Direktor des Max-Planck-Instituts in Bremen erklärt: „Auf der Ebene der Mikroorganismen ist das Geheimnis die Heterogenität der Mikronischen, die die unterschiedlichen Gruppen besiedeln. Dadurch ergänzen sich die spezialisierten Populationen optimal beim Abbau des organischen Materials.“

Rückfragen an

Dr. Hanno Teeling hteeling@mpi-bremen.de
Dr. Bernhard Fuchs bfuchs@mpi-bremen.de
Prof. Dr. Rudolf Amann ramann@mpi-bremen.de
Prof. Dr. Thomas Schweder schweder@uni-greifswald.de

Oder an die Pressesprecher
Rita Dunker rdunker@mpi-bremen.de
Manfred Schlösser mschloes@mpi-bremen.de

Originalarbeit

Substrate-controlled succession of marine bacterioplankton populations induced by a phytoplankton blom, 2012. H. Teeling, B. M. Fuchs, D. Becher, C. Klockow, A. Gardebrecht, C. M. Bennke, M. Kassabgy, S. Huang, A. J. Mann, J. Waldmann, M. Weber, A. Klindworth, A. Otto, J. Lange, J. Bernhardt, C. Reinsch, M. Hecker, J. Peplies, F. D. Bockelmann, U. Callies, G. Gerdts, A. Wichels, K. H. Wiltshire, F. O. Glöckner, T. Schweder, and R. Amann.
Science 4 May 2012: Vol. 336 no. 6081 pp. 608-611 DOI: 10.1126/science.1218344

Beteiligte Institute

Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen

Institut für Marine Biotechnologie e.V., Greifswald

Jacobs University Bremen, Bremen

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Biologische Anstalt Helgoland, Helgoland
Institut für Mikrobiologie, Ernst-Moritz-Arndt Universität, Greifswald

Pharmazeutische Biotechnologie, Ernst-Moritz-Arndt Universität, Greifswald

DECODON GmbH, Greifswald
Ribocon GmbH, 28359 Bremen

Helmholtz-Zentrum Geesthacht, Zentrum für Materialforschung und Küstenforschung, Geesthacht

Dr. Manfred Schloesser | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpi-bremen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik